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FPGA技术在生物医学成像中的研究进展

摘要：该应用笔记介绍了超声成像系统的设计考虑，讨论成像系统的小型化、低成本和便携化的发展趋势，同时阐述了在小型系统中实现大型车载系统所具备的性能和诊断能力的重要条件。文章探讨了超声系统的子功能以及对电子元件的要求，重点讨论了传感器、高压复用器、高压发射机、成像通道接收机、数字波束成形、波束成形数字信号处理及显示处理等。超声成像系统及主要子功能电子元件的设计考虑Nov16,2010摘要：该应用笔记介绍了超声成像系统的设计考虑，讨论成像系统的小型化、低成本和便携化的发展趋势，同时阐述了在小型系统中实现大型车载系统所具备的性能和诊断能力的重要条件。文章探讨了超声系统的子功能以及对电子元件的要求，重点讨论了传感器、高压复用器、高压发射机、成像通道接收机、数字波束成形、波束成形数字信号处理及显示处理等。概述通过发射超声能量进入人体，接收并处理返回的反射信号，相控阵超声系统可以生成体内器官和结构的图像，映射血液流动和组织运动，同时提供高准确度的血流速度信息。传统设计中，构建这样的成像系统需要大量的高性能相控阵发射器和接收器，使得车载设备体积庞大且价格昂贵。近年来，随着集成工艺的进步，设计人员能够获得小尺寸、低成本而且高度便携的成像系统方案，并可达到接近大型成像设备的性能指标。而新的设计挑战依然存在，即在进一步提高方案集成度的同时提高系统性能和诊断能力。传感器成像系统的关键器件是超声传感器。典型的超声成像系统需要使用各种传感器支持特定的诊断要求。每个传感器由一组压电传感器单元阵列构成，它们集中能量并发射到人体内部，然后接收相应的反射信号。每个单元通过纤细的同轴电缆连接到超声系统。通常，传感器由32至512个单元构成，工作频率为1MHz至15MHz。多数超声系统提供两个至四个传感器转换接口，临床医生可根据不同的检测类型方便地更换传感器。高压复用开关典型的相控阵超声系统配备了32至256个发射器和接收器。多数情况下，系统配备的发射器和接收器的数量少于传感器单元的数量。这些情况下，需要在传感器或系统中安装高压开关，用于信号复用，开关连接在特定的传感器单元和发送器/接收器(Tx/Rx)对之间。由此，系统能够在所提供的传感器阵列中动态改变有效的传感器……

摘要：本文探讨了磁共振成像(MRI)系统的工作原理，系统利用氢原子在磁场作用下的运动形成清晰的医学图像。文中介绍了典型的磁场类型和当前高分辨率MRI系统所依赖的超导磁铁。本文还讨论了通过适当排列梯度线圈形成3D图像的过程以及它们与RF信号之间的相互作用，给出了MRI的系统原理框图。磁共振成像(MRI)Nov16,2010摘要：本文探讨了磁共振成像(MRI)系统的工作原理，系统利用氢原子在磁场作用下的运动形成清晰的医学图像。文中介绍了典型的磁场类型和当前高分辨率MRI系统所依赖的超导磁铁。本文还讨论了通过适当排列梯度线圈形成3D图像的过程以及它们与RF信号之间的相互作用，给出了MRI的系统原理框图。概述磁共振成像(MRI)系统能够提供清晰的人体组织的图像，系统检测并处理氢原子在强磁场中受到共振磁场激励脉冲的激发后所生成的信号。氢原子核的自旋运动决定了它自身的固有磁矩，在强磁场作用下，这些氢原子将定向排列。简单起见，可以把静态磁场中的氢原子核看作一条拉紧的绳子。原子核具有一个共振频率或“Larmor”频率，具体取决于本地磁场强度。如同一条绳索在外部张力作用下发生共振。在典型的1.5TMRI磁场中，氢原子的共振频率近似为64MHz。适当的磁共振激励或者是RF脉冲激励(频率等于氢原子核谐振频率)能够强制原子核磁矩部分或全部偏移到与作用磁场垂直的平面。停止RF激励后，原子核磁矩将恢复到静态磁场的状况。原子核在重新排列的过程中释放能量，发出共振频率(取决于场强)的RF信号，MRI成像系统对该信号进行检测并形成图像。MRI成像系统原理框图。关于Maxim的MRI推荐方案，请参考：china.maxim-ic.com/mri。静态磁场MRI成像需要把患者置于强磁场内，形成有序的氢原子核。通常有三种方法产生磁场：固定磁铁、磁阻(电流通过传统的线圈)、超导磁铁。固定磁铁和磁阻产生的磁场强度一般限制在0.4T以下，无法达到高分辨率图像所要求的场强。因此，大多数高分辨率成像系统采用超导磁铁。超导磁铁体积大且结构复杂，需要把线圈浸入液态氦中，使温度保持在绝对零度附近。利用上述……